季灏"带电粒子高速运动时能量和轨道异常"实验的物理意义和理论解释

  -- 经典电磁理论需要引入运动电荷概念洛伦茲力公式需要修正

梅  晓  春

   （福州原创物理研究所）

内容摘要 季灏完成的三个"带电粒子高速运动时能量和轨道异常"实验表明，带电粒子运动速度接近光速时，能量和运动轨迹偏离狭义相对论的预言。本文对其中的两个实验进行分析，指出该组实验实际上并不意味着狭义相对论的质速关系被破坏，而是意味着带电子粒子的电荷与运动速度有关，不是一个常数。带电粒子运动速度接近光速时，电荷明显偏离现有理论认为的常数值。本文对季灏实验进行理论分析，通过引入运动电荷的概念，修改经典电磁理论的洛伦茲力公式，在不违背质速关系的前提下，较好地解释季灏实验。洛伦茲力公式的修正意味着电磁场运动方程必须，修正后的电磁场运动方程显然不可能满足洛伦茲变换的不变性。因此季灏实验意味着相对性原理不成立，而光速不变原理仍然成立。季灏这组实验涉及到物理学最基本的核心问题，如果能够证实这类异常现象的存在，对物理学基础理论和高能粒子物理学实验的影响将是震撼性的。建议国家有关科研机构予以重视，尽快组织力量进行重复性实验。

关键词 狭义相对论，质速关系，质能关系，经典电磁理论，洛伦兹力，电荷守恒律，粒子物理学

一．季灏实验的简介与评述

    上海电磁波研究所季灏先生从2006年起连续在《中国工程科学》，《中国科技纵横》等杂志上发表了三篇论文，介绍了他完成的三个实验。这三个实验的结果是一致的，表明带电粒子运动速度接近光速时，出现能量和运动轨迹偏离狭义相对论预言的异常现象。由于涉及到狭义相对论的质量速度关系是否成立的问题，文章发表后在互联网上引起热烈的讨论。本文对季灏实验进行理论分析，指出该组实验意味着电荷与运动速度有关，不是一个常数。带电粒子运动速度接近光速时，电荷将明显偏离现有理论认为的常数值。也就是说与静止质量和运动质量概念一样，引入静止电荷与运动电荷的概念，修改经典电磁理论的洛伦茲力公式，就可以在不违背狭义相对论质速关系的条件下，较好地解释季灏实验。然而洛伦茲力公式的修正意味着电磁场运动方程必须，修正后的电磁场运动方程显然不可能满足洛伦茲变换的不变性。也就是说季灏实验意味着相对性原理不成立，虽然光速不变原理仍然成立。鉴于季灏这组实验涉及物理学最基本的核心问题，建议有关科研机构予以重视，组织力量进行重复。如果能够最终证实这类异常现象的存在，对物理学基础理论和高能粒子物理学实验的意义和影响将是巨大而深远的。

    季灏的三个实验分别是：1. 用量热法验证相对论质速关系 ；2.不同能量电子在均匀磁场中运动轨迹的实验 ；3.关于电子洛伦兹力和能量测量的实验 。笔者2009年10 月在上海亲眼目睹了第二个实验，并与季灏先生进行过广泛和深入的讨论。现根据季灏已发表的文章，现对这三个实验做简单介绍，然后对实验结果进行理论分析和评价如下。

1．用量热法验证相对论质速关系

    用量热法验证质速关系的实验方法，是美国麻省理工学院的贝托齐在1964年提出 ，并在麻省理工学院物理系的核科学实验室实施的。该实验用直线加速器加速电子，然后测量电子的运动速度，以及电子撞击到铝盘产生的热量，证明相对论的质速关系成立。季灏对该实验进行分析，发现贝托齐当年用理论值为0.5MeV，1.0MeV，1.5MeV，4.5MeV，15MeV的五种能量的电子，并测量了它们的速度。但在实验报告中仅给出1.5MeV和4.5MeV两种电子能量的实际测量值，并没有给出15MeV电子能量的实际测量值。既然已经测量了15MeV电子的运动速度，为何不提供该电子实际能量测量值呢？季灏对此产生疑问，就对该实验进行改进并重新测量。

    季灏的这个实验是在中国科学院上海应用物理研究所的加速器实验室中进行的。采用的也是直线加速器，产生能量为1.6MeV，6MeV，8MeV，10MeV和15MeV的电子。